Способ получения водорода, окиси углерода и других продуктов, пригодных к дальнейшему использованию, и установка для его осуществления

.ВЕДОМСТВО СССР ГОСПАТЕНТ СССР РЕТЕНИЯ(86)РСТ/ЕР 88/00478 (27,05,88) . обработке при 1200 - 1600 С в присутствии ф 1) 4742650/04,углеродистого материала, Продукты про- (22) 27.11,89 .. цесса охлаждают. Способ реализуют на ус- И)23.04.93., Бюл. М 15: :тановке, включающей дезинтегратор с ф) 41606 А/87 :. высокотемпературным кольцом для кислоЗф 28.,06,87родно-водородного пламени, работающем3)Т.. :при 1600 - 2400 С; соединенный с водным76) Валерио Тогнаццо (1 Т) : .сепаратором для резкого охлаждения всех ф 4) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ, ВОДОРОДА: полученных продуктоа до.1200-1600 С ОКЙСИ УГЛЕРОДА И ДРУГИХ ПРОДУК- и отделения инертных продуктов от пара и 708, ПРИГОДНЫХ К ДАЛЬНЕЙШЕМУ ИС- газообразных продуктбв, соединеннымсус 11 ОЛЬЗОВАНЙ 8,:И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГОтройством, содержащим углеродистый ма- ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ:г . : ;териал; и соедийенный с ним холодильник ф 7) Сущность изобретения: водород, окись для охлаждения продуктов процесса. Высоутлеродэ и другие продукты, пригодные к котемпературное копьедля пламенидезин-дэльнейшему использованию, получаютпе- тегратораокружено огнестойким, а.еработкой горючих загрязняющйх веществ материалом, и исходное сйрье продавливам отработайных материалов в безводной ат- ется между ним и копьем при помощи тол- иосфере при 1600 - : 2400 ОС, Полученные кателя, Устройство, содержащее продукты резко охлаждаются. водой до углеродистый материал, расположено кон- 1600 ОС.с отделением инертйых про- центрически снаружи дезинтегратора, и оба ф дуктов от парэ и газообразных продуктов, онисоединенысрасположейнымвнизуводПар и газообразные продукты подвергают ным сепаратором. 2 с. и 2 з,п. ф-лы, 3 илОф ФНа фиг, 1 схематично используемая для реалйза са; на фиг, 2 - общий вид рой используется маш изобретению, на фиг. 3 масштабе деталь на фиг,В соответствии со спо изобретению предусматр рабатываемого материал 1, где этот материал падве кислородоводородного и Данное изобретение относится к способу и устройству для преобразования горю:чих загрязняющих веществ или отработанных материалов в чистую энергию и продукты, пригодные к дальнейшему использованию,Целью данного предложения является обеспечение возможности полной переработки исходного сырья при сохранении чистоты окруж,ающей среды. оказана машина, ции этого процесстановки, в като-, на по данному - в укрупненном собом поданному ивается ввод обв дезинтегратор ргается действию амени 2, обеспечивающего полное термическое разложение для извлечения горючих газов, негорючих газов и инертных материалов,Из дезинтегратора 1 выходит смесь, всостав которой входят в основном двуокись 5углерода, водород,моноокись углерода, водяной пар и жидкие отходы, Все это падаетв водную массу 3, которая превращает жидкие отходы в инертные материалы и в то жевремя нагревается, в результате чего получают пар,Инертные материалы извлекают и используют для различных назначений (например в строительстве), тогда как. газы,смешанные с паром, поступают в фильтртермореактор 4, где содержится углеродистый материал.В нем углерод реагирует с водяным паром с образованием монооксида углерода иводорода, и кроме того, очищает и преобразует иные газы, Так как углерод реагируетзндотермически, то необходимое для реакции количество тепла поступает от дезин тегратора 1,Из фильтр-термореактора 4 выходят водород; моноокись углерода и другие полность о утилизируемые газообразныепродукты,Затем эти газы охлаждаются с помощьютеплообменника, и после очистки и обогащения паром они подаются в конвертер 5,где моноокись углерода и пар в присутствииподходящего катализатора преобразуется вдвуокись углерода и водород, охлажденныедо 200.ОС, 35Далее двуокись углерода отверждаетсяохлаждением до -70 С, тогда как водород,прошедший фильтр 6, можно использоватьв топливных ячейках для получения электроэнергии. 40Если в конвертере 4 применить другиекатализаторы, то можно превращать моноокись углерода и водород в метан либо соединять водород.с азотом и получать аммиак.Предлагаемый способ можно с успехом 45осуществлять при помощи устройства, схематично изображенного на фиг. 1, 2 и 3.Из этих рисунков видно, что устройствопо данному изобретению состоит из дезинтегратора 1 с кислородно-водородным пламенем 2, к которому по трубе подаютсяраздробленные, рассортированные, высушенные и т, д, отходы,Часть упомянутой трубы 3 проходитмежду двумя ртутными клапанами 4 и 5 55У ртутных клапанов имеется цилиндрический корпус 6, сверху которогонаходитсягидравлический поршень 7, управляющий"крышкой" 8, осуществляющий закрываниев выходных трубах 9,9. Герметизирующая "крышка" 8 частичнопогружена в ртуть 10, заключенную в промежуточном пространстве 11, соединенном срасширительной камерой 12,У входной трубы 3 имеется наклоннаязадвижка 13, управляемая гидравлическимпоршнем 14, тогда как сверху находится выступ 15, который служит для защиты пространства 11 во время работы,.Между ртутными клапанами 4, 5 у верхней части трубы 9 находится воздушныйвсасывающий насос 16, и, кроме того, свнутренней областью дезинтегратора 1 потрубе 17 соединяется всасывающий насос18.Под вторым ртутным клапаном 5 находится труба 9, которая служит для входа вдезинтегратор 1.Дезинтегратор 1 выполнен из огнестойкого материала имеет по существу сводчатую форму. Его свод 19 подпираетмножество гидравлических поршней.20, ко-.торые воздействуют на тороидальный толкатель 21, находящийся внутридезинтегратора 1, и высокотемпературное"копье" 22.Толкатель 21 перемещается соосно скопьем 22 вдоль него, причем концевой участок копья размещается у внутренней кольцевой горловины 23 дезинтегратора 1, .Дно 24 дезинтегратора 1 имеет чуть вогнутую форму для удержания некоторого количества жидкого материала, и, кроме того,в нем имеется по центру отверстие 25 дляпрохода продуктов, получаемых при распаде, и внутренний змеевик 26, соединенныйс теплообменником,Дезинтегратор 1 размещается внутрифильтра-термореактора 27, имеющего посуществу цилиндрическую форму, внутринего содержится углерод.Для заполнения у фильтра-термореактора 27 имеется труба 28, у которой на конценаходятся два ртутных клапана, идентичныхуже упоминавшимся клапанам 4, 5,Фильтр-термореактор 27 размещаетсясоосно внутри холодильника 29 аналогичной формы, где находятся два соосных водных слоя 30, 31, получаемые за счет двухкольцевых отверстий в крышке 32 холодильника 29.У кожуха есть две кольцеобразные концентрические стенки 33, 34; где содержитсявода; кроме того, они служат для конденсации пара, поступающего через расположен-.ный по периметру промежуток 35упомянутого холодильника 29 из заполненного водой резервуара 36 расположенногоу основания упомянутых концентрическихконструкций,В резервуаре 36 находится змеевик 37, соединенный с теплообменником (не показан на рисунках). Для удаления из устройства материала, попадающего на дно резервуара 36, служит лента транспортера 38.Место выхода ленты транспортера 38 размещается между двумя ртутными клапанами, идентичными с ранее упомянутыми,Труба 39, расположенная у основания холодильника 29, соединяет его с конвертером 40, выполненном из нескольких концентрических секций 41, в каждой из которых размещается особый катализатор в зависимости от того, какой газ следует получать на выходе. У секций 41 имеются водные инжекторы (не показаны на рисунках) и заполнительные приспособления 42 для соединения с загрузочной трубой 28,У оснований секций 41 конвертера 40 также имеются приспособления 43 для выгрузки,Конвертер 40 соединен трубой 44 с замораживателем 45, охлаждэемым посредством змеевика 46, соединенного с типовым тепловым насосом, не показанным на рисунках, у его основания предусмотрены толкатели 47 для выгрузки по склону 48 льда и отходов от реакции,У нижнего конца склона 48 находится лента 49, она служит для транспортировки льда со склона 48 за пределы машины.Морозильник 45 соединяется с само- очистительным водородным фильтром 50, который в свою очередь сообщается с внешним пространством по трубе 51, снабженной ртутным клапаном 52, идентичным с теми, что уже описаны выше.Все это в целом заключено в кожух 53, заполненный какими-либо инертными газами, например диоксидом углерода с тем, чтобы избежать утечек воздуха внутрь машины и гарантировать ее безопасность.Устройство по данному изобретению действует следующим образом: по трубе 3 к ртутному клапану 4 подается по возможности обработанный, раздробленный, рассортированный и,высушенный материал,На протяжении заранее установленных интервалов гидравлические поршни 7 поднимают крышку 8, в результате чего открывается отверстие в трубе 9, и ртуть 10, переливается в камеру 12, стекает назад в промежуток 11,Как только крышка 8 полностью поднимается, наклонная задвижка 13, управляемая гидравлическим поршнем 14, начнет двигаться вниз, Выступ 15 сверху задвижки 13 закроет ту часть промежутка 11, котораяв противном случае будет заполнена материалом, поступающим через клапан 4,По прохождении заданного количества материала задвижка 13 снова закрывает трубу 3, тогда как крышка В закрывает трубу 9, После этих двух этапов приводится в действие насос 16, находящийся сверху трубы 9, он откачивает воздух, проникающий через клапан 4 вместе с обрабатываемым материалом,5 10 Как только в трубе 9 восстанавливается вакуум, открывается ртутный клапан 5 при помощи такого же механизма, что клапан 4, и материал по трубам 9 поступает в дезинтегратор 1,Когда клапан 8 открыт, в трубу 9 могут попасть какие-либо газы из дезинтегратора 1, однако они откачиваются и направляются назад в дезинтегрэтор с помощью всасывающего насоса 16 по трубе 17. 20 Материал, накопленный внутри дезинтегратора 1, транспортируется с помощьютол кателя 21 через кольцевую горловину 23,где он уплотняется,25 На этом этапе материал входит в контакт с высокотемпературным подъем 22, охлаждает его и действует в качестве затычки для расположенной ниже камеры дезинтегратора 54,В результате частично предупреждает 30 ся утечка газа, а верхняя часть дезинтегратора 1 защищается от действия теплового излучения от кислородно-водородного пламени, температура которого достигает примерно 2000 С.Уплотненный материал поступает через горловину 23, и благодаря особой форме кислородно-водородного пламени 2, полученной за счет наклона питающих труб, четыре раза подвергается разложению, в 35 40 первый раз в головной части пламени, а второй, третий и четвертый раз в хвостовой, что показано пунктиром на фиг. 1.Часть разлагаемого материала собирается у основания 10 дезинтегратора 1 и тем самым экранирует его от прямого контакта с пламенем.Из горловины жидкий материал и газыпопадают в заполненный водой резервуар 36, где с помощью змеевика 37 поддержи вается постоянная температура, Осаждаемые в воде 36 твердые вещества удаляются при помощи ленты транспортера 38 и выгружаются наружу.В результате охлаждения водой продук тов распада возникает пар, смешивающийся с имеющимися там газами; диоксидом углерода, монооксидом углерода и т. д. По трубе 55, ведущей в фильтр-термо реактор 4, зти газы попадают в последний, заполненный углеродистой массой через трубу 28. На выходе из дезинтегратора 1 послеБлагодаря теплоте, поглощаемой из дезин- частичного испарения воды, заключенной втегратора 1, углерод в фильтре-термореак- охладительном резервуаре 36 имелся обьемторе 4 реагирует с газами, в результате газа в 2598 нм /ч при 1400 С, имевший.слеполучаются.монооксид углерода и водород 5 дующий состав:при дальнейшей очистке других газов. СО . 22,3Полученные при этом газы проходят по водород 44,4трубе 56 в охладитель 29, где они следуют . СО 2 2,3через водные слои 30, 31, охлаждаются, ста- НгО 29 билизируются и очищаются при сбаланси,другие ничтожно малое количестворовании отношения Н 20 к СО, . В водном резервуаре 36 осело за 1 ч 65Охлажденные и обогащенные водой га- кг инертных твердых отходов.зы поступают к конвертер 40, в колоннах Имело место полное термическое разкоторого имеются слои различных катализа- ложение без образования углеродной сажи.торов, при этом первыйслой состоит иэ 15 Благодаря высокой внутренней темпеЕе 20 з-СгОз, а второй и третйй из Сц-ЕпО- ратуре дезинтегратора 1 (2000 С) и приме-А 120 з.нению огнестойких материалов эа часИз-за того, что в первом слое протекают возможна термическая регенерация 50 000экэотермические реакции, температура га- Ккал,зов поднимается до 450 С; прежде чем по-.20 Через трубу 55 в фильтр-термореактордать газы ко второму уровню, их охлаждают 4 поступило 2598 нм /ч газа; эти газы проздо 180 С при помощи воды. . реагировали с 238 кг/ч кокса, при этом заНа втором уровне температуру газов час получилось 3023 нм газа следующегозподнимают до 250 С; за счет промежуточно- состава:го водяного охлаждения температура по СО . 32,8 ступления на третий уровень опускается до водород 56,2 200 С, ,Н 20 11 Обогащенные водородом газы выходят . другие ничтожно малое количество.из последнего уровня при 220 С и поступа- До поступления в конвертер все это коют в морозильник 45, где их температура 30 личество газа было стабилизировано и охопускается примерно до - 70 С.лаждено от 800 до 380 С, В процессеВ морозильнике 45 диоксид углерода охлаждения было использовано 607 кг/ч вопереходитв сухой лед и удаляется толкате- ды и 1098 кг/ч пара до восстановления балями 47 ланса в отношении Н 20/СОЧистый водород,"единственный остав Обогащенный водой газ в количествешийся газ проходит через фильтр 50 и ртут нмз/ч при температуре 380 С поступалный клапан 52, после чего подается наружу в первый слой конвертера 40, где содержалустройства для использования по назначе- ся катализатор Ре 20 з-СггОз, в котором шланию, экзотермическая реакция с повышениемСледующий пример служит для даль температуры до 450 С,нейшего пояснения изобретения, ЧерезДо поступления на второй слой, где сотрубы 3., 9 и 9 в дезинтегратор эа 1 ч посту-держался катализатор Со-ЕпО-А 20 з гаэ припает 780 кг городских и промышленных ог- помощи воды охлаждался до 180 С.ходов такого состава: Во втором слое катализаторов темперауглерод 44,4645 тура газа поднялась до 250"С; за счет примеводород 9 89 онения процесса внутреннего охлаждения,:азот 1,62 обеспечивающего регенерацию 94 000кислород35,84 Ккал/ч, температура на входе в третий уро;сера1,33 вень была доведена до 200 С,хлор 0,8350 Из конвертора 40 вышло 5145 нмз/ч придругие элементы 6,03 , . 220 С со следующим составом; .Для поддержания кислородно-водород- водород 49,8 ного пламени 2, осуществлявшего термиче- СО 20 ское разложение, за час использовалось 526 НО 28 кг О и 287 кг воды 55 Из конвертера 40 выходит обогащенЧистый кислород, необходимый для пи- ный водородом газ при температуре 220 Стания пламени, поступал от особой внеш- и поступает в мороэильник 45 для охлажденей генераторной станции, находящейся за ния до -70 С.пределами машины, тогда как водород вы- На дно морозильника 45 выпадает 2077рабатывался самой машиной. кг/ч СО в форме льда, его удаляет лентатранспортера 49. В этом же морозильнике 45 регенерируется 229 кг/ч водорода, из которых и дезинтегратору 1 для кислородно-водородного пламени 2 поступает 66 кг/ч, а 163 кг/ч поступает для внешних нужд, К примеру, если этот водород использовать в топливной ячейке, то можно получить примерно 2600 КВт/ч.Из всего сказанного ясно, что способ по данному изобретению и устройство для его реализации обладают рядом преимуществ, среди которых получение большого количества чистой энергии, полная регенерация вторичных материалов, максимальная безопасность; отсутствие загрязнений, быстрая композиция затрат на изготовление, возможность преобразования данной машины в высокоэффективную двигательную незагрязняющую систему, использование в качестве очистительной машины. Формула изобретения 1. Способ получения водорода, окиси углерода и других продуктов, пригодных к дальнейшему использованию, включающий высокотемпературную переработку горючих загрязняющих веществ и отработанных материалов в безвоздушной атмосфере, обработку полученных продуктов при повышенной температуре в присутствии углеродистого материала и охлаждение продуктов процесса, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения полной переработки исходного сырья при сохранении чистоты окружающей среды, высокотемпературную переработку исходного сырья ведут при 1600 - 2400 С и после высокотемпературной переработки все полученные продукты подвергаются резкому охлаждению до 1200 - 1600 С с отделением инертных продуктов и подачей на дальнейшую обработку пара и газообразных продуктов.2, Установка для получения водорода,5 окиси углерода и других продуктов, пригодных к дальнейшему использованию, включающая устройство длявысокотемпературной переработки горючих загрязняющих веществ и отработанных10 материалов в безвоздушной атмосфере, устройство, содержащее углеродистый материал йсоединенным с ним холодильник дляОхлаждению продуктов процесса, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью обеспечения .15 полной переработки исходного сырья присохранении чистоты окружающей среды, вкачестве устройства для высокотемпературной переработки установка содержит дезинтегратор с высокотемпературным копьем20 для кислородно-водородного пламени, работающим при 1600 - 2400 С, соединенныйс дополнительно содержащимся воздушным.сепаратором для резкого охлаждения всехполученныхпродуктов до 1200 - 1600 С и25 отделения инертных продуктов от пара игазообразных продуктов, соединенным с устройством, содержащим углеродистый материал.3. Установка по и. 4; о т л и ч а ю щ а я с я30 тем, что содержит дезинтегратор, высокотемпературное копье для пламени которогоокружено огнестойким материалом, и исходное сырье продавливается между ним икопьем при помощи толкателя,35 4. Установка по и. 4, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что устройство, содержащее углеродистый материал, расположено концентрически снаружи дезинтегратора, и оба онисоединены с расположенным внизу водным40 сепаратором.1811535 ставитель Н.Богдановахред М.Моргентал тор А.Мотыль еда ктор Подписноеениям и открытиям и ри ГКНТ ССкая наб., 4/5 й комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарин одствен но-издэтел П аказ 1463 ВНИИПЙ Тиражрственного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, Рау Я ф